基于AHP熵權(quán)法的電力計量主站業(yè)務(wù)運行狀態(tài)評價

安 江

(貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司計量中心，貴州 貴陽 550000)

0 引言

電力計量主站運行狀態(tài)的準(zhǔn)確評價對主站的運維效益與運行穩(wěn)定具有重要意義。隨著新型計量設(shè)備的不斷涌入，計量數(shù)據(jù)的種類與體量不斷增大，對數(shù)據(jù)深化應(yīng)用與價值挖掘的要求也不斷提升，使得對主站運行水平的要求也隨之提高。如何提高主站運維與巡檢的工作效益、提升系統(tǒng)運行穩(wěn)定性等問題也隨之凸顯。因此，采用創(chuàng)新的管理思路和先進(jìn)的運維手段，保障主站的安全、穩(wěn)定運行，已成為現(xiàn)階段的當(dāng)務(wù)之急?，F(xiàn)階段，對系統(tǒng)運行狀態(tài)的分析主要是針對單個服務(wù)器、中間件、數(shù)據(jù)庫等，開展對信息系統(tǒng)建后整體評估，確定信息系統(tǒng)建設(shè)的合理度，較少從業(yè)務(wù)角度出發(fā)對系統(tǒng)運行狀態(tài)進(jìn)行常態(tài)化監(jiān)測評價。對主站進(jìn)行運行狀態(tài)評價的目的主要有以下幾個方面[1-3]：①評價主站運行狀態(tài)與關(guān)鍵業(yè)務(wù)性能；②分析主站關(guān)鍵節(jié)點運行狀態(tài)變化趨勢；③尋找關(guān)鍵業(yè)務(wù)狀態(tài)瓶頸節(jié)點。本文提出了主站運行狀態(tài)的概念，并將其作為研究對象。分析了指標(biāo)的選取的層次構(gòu)建方案及選取原則，提供了模糊指標(biāo)量化與非標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化的方法，設(shè)計了主客觀結(jié)合的權(quán)重設(shè)計方案，最終構(gòu)建對電力計量主站運行狀態(tài)準(zhǔn)確評價的評價模型。

1 主站運行狀態(tài)與模型設(shè)計方案

1.1 相關(guān)概念

主站運行狀態(tài)是指綜合主站業(yè)務(wù)處理效率、體量、準(zhǔn)確度等維度指標(biāo)，對主站支撐關(guān)鍵業(yè)務(wù)運行水平的描述結(jié)果。指令下發(fā)是指人工通過前臺對前置下發(fā)指令，以實現(xiàn)對某些數(shù)據(jù)采集的業(yè)務(wù)過程。任務(wù)采集是指通過定時裝置周期性生產(chǎn)采集任務(wù)下發(fā)到前置，以實現(xiàn)對部分電力計量數(shù)據(jù)的日常采集的業(yè)務(wù)過程。目標(biāo)層評價目標(biāo)是描述評價最終目標(biāo)的模型最上層構(gòu)成成分。中間層狀態(tài)參數(shù)是對目標(biāo)層評價目標(biāo)進(jìn)一步細(xì)化但仍無法量化評價衡量的中間分層構(gòu)成成分。指標(biāo)層評價指標(biāo)是對中間層狀態(tài)參數(shù)進(jìn)一步細(xì)化后得到的、可直接量化評價衡量的最底層構(gòu)成成分。

1.2 模型設(shè)計方案

對電力計量主站運行狀態(tài)進(jìn)行評價，滿足客觀、真實反映電力計量主站運行狀態(tài)的需要是基本要求。前期，基于全鏈路監(jiān)測體系的構(gòu)建，已基本實現(xiàn)對電力計量主站結(jié)構(gòu)層次的明晰化，且已實現(xiàn)電力計量主站關(guān)鍵業(yè)務(wù)及關(guān)鍵節(jié)點業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的快速獲取。

本文以單一節(jié)點狀態(tài)、關(guān)鍵業(yè)務(wù)性能、主站整體運行狀態(tài)等維度，建立分層分級的電力計量主站運行狀態(tài)評價模型：針對耗時、數(shù)量、效率等評價對象，根據(jù)運維工作的實際需要，構(gòu)建電力計量主站運行狀態(tài)評價層次結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步結(jié)合模糊數(shù)學(xué)思想對指標(biāo)進(jìn)行量化，再運用主客觀結(jié)合的方法設(shè)計各指標(biāo)權(quán)重。

1.2.1 評價目標(biāo)

結(jié)合電力計量主站運行狀態(tài)這一具體的評價對象，則可描述為通過對電力計量主站關(guān)鍵業(yè)務(wù)與關(guān)鍵節(jié)點的業(yè)務(wù)信息，衡量電力計量主站對關(guān)鍵業(yè)務(wù)支撐的水平[4]。電力計量主站運行狀態(tài)評價模型的最終目標(biāo)是決策，主要目標(biāo)包括以下幾點。

①檢查電力計量主站的目標(biāo)、功能及各項指標(biāo)是否符合關(guān)鍵業(yè)務(wù)運行要求。

②檢查電力計量主站的關(guān)鍵節(jié)點的運行狀態(tài)。

③檢查系統(tǒng)的運行質(zhì)量。

④分析評價結(jié)果，尋找主站的薄弱節(jié)點，分析主站發(fā)展趨勢，有效開展專項提升工作。

1.2.2 評價原則

為了準(zhǔn)確、定量地對電力計量主站進(jìn)行評價，開展電力計量主站運行狀態(tài)評價模型的設(shè)計研究工作。評價結(jié)果將作為主站提升與關(guān)鍵業(yè)務(wù)管控的數(shù)據(jù)支撐。因此，運行狀態(tài)評價模型的設(shè)計應(yīng)當(dāng)遵循以下原則[5]。

①系統(tǒng)性原則：評價模型應(yīng)當(dāng)全面地對被評價對象的綜合情況進(jìn)行描述，既要突出關(guān)鍵節(jié)點、關(guān)鍵指標(biāo)因素等對整體運行狀態(tài)的決定性地位，又要反映整體的完整性與結(jié)構(gòu)性。

②指標(biāo)可測性原則：即指標(biāo)的含義應(yīng)當(dāng)明確，界限應(yīng)當(dāng)清晰，指標(biāo)的內(nèi)涵數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)可測、可獲取。

③指標(biāo)體系的科學(xué)性和先進(jìn)性原則：指標(biāo)體系的設(shè)計應(yīng)當(dāng)能有效地反映電力計量主站的基本特征。

④層次性原則：評價模型的構(gòu)建應(yīng)基于電力計量主站的內(nèi)在屬性與特征，以層次化的結(jié)構(gòu)展現(xiàn)內(nèi)在邏輯關(guān)系，從而保障整體的結(jié)構(gòu)清晰與可延展性。

⑤互斥性原則：在遵循層次性原則的基礎(chǔ)上，同級指標(biāo)間應(yīng)當(dāng)是并列、互斥的關(guān)系，應(yīng)盡可能地避免顯性的包含關(guān)系，并運用合適的工具方法以提出隱形的包含關(guān)系。

2 主站運行狀態(tài)評價模型

評價模型的構(gòu)建包括模型結(jié)構(gòu)的搭建、指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化與定量化、指標(biāo)權(quán)重的設(shè)計等。評價指標(biāo)選取的合理性決定了評價模型是否能準(zhǔn)確對系統(tǒng)運行狀態(tài)作出評價。評價模型的指標(biāo)選取構(gòu)建是對系統(tǒng)特征的反映。而在技術(shù)和效率的限值條件下，在眾多的評價指標(biāo)中，選取有效的、合理的評價指標(biāo)顯得至關(guān)重要。如果評價指標(biāo)選取錯誤，就會影響評價的準(zhǔn)確性，甚至?xí)`導(dǎo)運維工作的決策與開展。

2.1 基于層次分析法構(gòu)建模型結(jié)構(gòu)

根據(jù)對電力計量主站運維工作的調(diào)研與收資研究，本文將采用層次分析法對電力計量主站這一評價對象層次化，將復(fù)雜的評價對象分解為相互間存在承接關(guān)系的分層結(jié)構(gòu)[6-7]。基于對電力計量主站運行狀態(tài)評價的總體目標(biāo)，從耗時、數(shù)量、效率三個維度分別進(jìn)行評價目標(biāo)分解。進(jìn)一步結(jié)合對評價維度的狀態(tài)參數(shù)分析，構(gòu)建下一級評價項，逐級細(xì)化，層層分解，直至獲得能通過業(yè)務(wù)信息采集技術(shù)直接采集并進(jìn)一步量化測定的指標(biāo)為止，最終形成最底層的指標(biāo)層[8]。電力計量主站運行狀態(tài)評價模型層次化結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 電力計量主站運行狀態(tài)評價模型層次化結(jié)構(gòu)

2.2 結(jié)合模糊數(shù)學(xué)思想量化指標(biāo)

基于建立的層次結(jié)構(gòu)，結(jié)合現(xiàn)狀調(diào)研結(jié)果，部分指標(biāo)存在未量化或量化程度不足的情況。從整個層次結(jié)構(gòu)來看，指標(biāo)的觀測級及度量單位存在差異，不利于整體運行狀態(tài)的綜合評價。為最大限度地實現(xiàn)對實際情況的準(zhǔn)確描述、排除由于模型內(nèi)度量差異導(dǎo)致的影響、避免指標(biāo)變化等導(dǎo)致評價結(jié)果的失真，利用模糊數(shù)學(xué)思想對指標(biāo)進(jìn)行量化和無量綱化處理[9-11]。根據(jù)現(xiàn)場運維管理規(guī)范將指標(biāo)分為10級，即對指標(biāo)特性賦予帶順序的定性描述序列。設(shè)定分值越低，代表對應(yīng)的該指標(biāo)特性表現(xiàn)越差。在實際運維工作中，受限于系統(tǒng)建設(shè)情況等原因，上述序列中的指標(biāo)等級無法直接測量?，F(xiàn)假設(shè)等級量是實際存在的，結(jié)合運維歷史數(shù)據(jù)，等級量基本遵從正態(tài)分布N(μ,σ2)。序列1～10反映了該量的表現(xiàn)程度。例如到Ⅱ區(qū)的檔案加載節(jié)點的平均耗時指標(biāo)，序列1～10即反映了平均耗時的長短：1表示耗時超長(屬于極限超時現(xiàn)象)，10表示耗時極優(yōu)(屬于理論最短耗時)。由每個等級量表示近似正態(tài)分布區(qū)間內(nèi)的一個均分區(qū)間，即1/10均分區(qū)間，可以得到在正態(tài)分布區(qū)間內(nèi)的均分點序列，用yi表示，則yi表示在分布域區(qū)間內(nèi)的第i個均分點。將均分點按大小進(jìn)行調(diào)整，以上述Ⅱ區(qū)檔案加載節(jié)點的平均耗時指標(biāo)為例，結(jié)合現(xiàn)場運維專家給出的分布閾值(a,b)，大致估算各對象的對應(yīng)的閾值區(qū)間。結(jié)合分布閾值的均分點序列為：a

2.3 主客觀結(jié)合設(shè)計指標(biāo)權(quán)重

本文采用組合賦權(quán)法，分別運用主客觀賦權(quán)法確定最合理的主客觀權(quán)重，進(jìn)一步根據(jù)實際情況確定主客觀比重，最終確定各指標(biāo)權(quán)重。從客觀性與實際可落地性角度出發(fā)，本文的主觀賦權(quán)法選取德爾菲法，客觀賦權(quán)法選取熵值法[12]。

2.3.1 德爾菲法主觀賦權(quán)

本研究基于層次機(jī)構(gòu)制定平均模型指標(biāo)權(quán)重量表,發(fā)放給運維、設(shè)計開發(fā)、外部相關(guān)專家等，由專家各自對每一個指標(biāo)的重要性進(jìn)行打分。把打分結(jié)果分歧較大的幾項指標(biāo)單獨列出來,集中產(chǎn)生分歧的專家進(jìn)行討論并再次打分。按此方法，反復(fù)進(jìn)行一次。最終，確定出每個指標(biāo)的重要度。

對本研究中的對打分結(jié)果的實際處理方法的主要步驟[13]梳理描述如下。

①組織n位相關(guān)專家，對量化的層次結(jié)構(gòu)中指標(biāo)層的39個評價指標(biāo)Yj，依照中間層C的6個狀態(tài)參數(shù)Xi的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行分組評價，得到指標(biāo)權(quán)重的估計值。

②計算n位專家給出的權(quán)重估計值的平均估計值：

(1)

③計算估計值和平均估計值的偏差：

s=1,2,…,n

(2)

2.3.2 熵值法客觀賦權(quán)

熵是用于描述不確定性的量，其大小與信息量成負(fù)相關(guān)性。熵值法就是用指標(biāo)熵值來確定權(quán)重。一般地，將評價對象記為{ai}，i=1,2,…,6，用xij表示中間層C中第i個狀態(tài)參數(shù)下的指標(biāo)層指標(biāo)j的原始值。熵值法的計算過程如下。

①將xij作正向化處理，并計算第j個指標(biāo)第i個狀態(tài)參數(shù)所占的比重Pij：

(3)

②計算第j個指標(biāo)的熵值ej

(4)

③計算第j個指標(biāo)的差異系數(shù)gj：

gj=1-ej，j=1,2,…,39

(5)

④計算第j個指標(biāo)的權(quán)重Wj：

(6)

3 主站運行狀態(tài)評價實例

熵值法確定的權(quán)重體系可能存在部分指標(biāo)權(quán)重與實際重要程度偏差較大的情況?；谶@一情況，利用德爾菲法獲取的主觀權(quán)重體系對熵值法獲取的客觀權(quán)重體系進(jìn)行修正，最終得到計量自動化系統(tǒng)運行狀態(tài)評價體系中所有評價指標(biāo)的權(quán)重值，如表2～表4所示。

表4 電力計量組織任務(wù)采集業(yè)務(wù)性能權(quán)重體系

基于關(guān)鍵業(yè)務(wù)特性與主站運行的時間特性，選取3個時間點(T1，T2，T3)，以主站整體運行狀態(tài)為例，評價結(jié)果見表2。

表2 電力計量主站運行狀態(tài)評價模型權(quán)重體系

表3 電力計量主站指令下發(fā)業(yè)務(wù)性能權(quán)重體系

電力計量主站運行狀態(tài)評價結(jié)果如表5所示。

表5 電力計量主站運行狀態(tài)評價結(jié)果

從表5可以看出，本文設(shè)計構(gòu)建的評價模型可以通過對關(guān)鍵業(yè)務(wù)及關(guān)鍵節(jié)點的業(yè)務(wù)信息綜合分析，有效評價電力計量主站的運行狀態(tài)。T1時刻的運行狀態(tài)最好，總體得分為7.67；T2和T3時刻的運行狀態(tài)較差，分別為5.67和5.74。根據(jù)層級結(jié)構(gòu)回溯發(fā)現(xiàn)，T2時刻的平均耗時得分較低，其中前置接入(II區(qū))節(jié)點和前置接入(安全接入?yún)^(qū))節(jié)點評分最低；T3時刻的平均數(shù)量得分較低，其中檔案加載節(jié)點、前置接入(安全接入?yún)^(qū))節(jié)點、數(shù)據(jù)入庫節(jié)點評分都較低。

4 結(jié)論

本文基于模糊綜合評價法，提出電力計量主站運行狀態(tài)評價模型。模型將主站運行狀態(tài)與關(guān)鍵業(yè)務(wù)運行評價相關(guān)聯(lián)，但其指標(biāo)構(gòu)建并未受限于業(yè)務(wù)本身，具有較強(qiáng)的借鑒意義與可擴(kuò)展性。研究表明：通過本文設(shè)計構(gòu)建的評價模型可以對關(guān)鍵業(yè)務(wù)及關(guān)鍵節(jié)點的業(yè)務(wù)信息進(jìn)行綜合分析，且T1時刻的運行狀態(tài)最好。評價模型的關(guān)鍵算法可滿足常見電力計量主站的運行狀態(tài)評價需要，且已實現(xiàn)并開展應(yīng)用，達(dá)到預(yù)期效果，降低了運維管理的工作負(fù)荷，提高了整體運行狀態(tài)感知及業(yè)務(wù)監(jiān)控的準(zhǔn)確度與時效性。